JPH10153579A - Method and apparatus for analysis of sample - Google Patents

Method and apparatus for analysis of sample

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JPH10153579A
JPH10153579A JP31054796A JP31054796A JPH10153579A JP H10153579 A JPH10153579 A JP H10153579A JP 31054796 A JP31054796 A JP 31054796A JP 31054796 A JP31054796 A JP 31054796A JP H10153579 A JPH10153579 A JP H10153579A
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JP
Japan
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analyzed
sample
laser beam
irradiation
laser light
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Application number
JP31054796A
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Japanese (ja)
Inventor
Mari Nozoe
真理 野副
Aritoshi Sugimoto
有俊 杉本
Yoshitada Oshida
良忠 押田
Kinya Eguchi
欣也 江口
Hirokatsu Yamaguchi
裕功 山口
Fumio Mizuno
文夫 水野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To irradiate the surface of a sample with a laser beam with an irradiation intensity which is optimum for the gasification of a constituent substance even when the component and the composition of the substance are unknown and to analyze the substance under an optimum analytical condition, in a sample analytical method, in which a part to be analyzed on the surface of the sample is irradiated with the laser beam narrowed down to a very small diameter, in which the substance in the part is gasified and ionized, in which generated ions are put into a flying time type mass spectrometer, and in which the component and the composition of the substance are analyzed. SOLUTION: The irradiation intensity of a laser beam with which the surface of a sample 5 is irradiated can be selected (set and changed) arbitrarily by using a diaphragm 21 which is installed on the optical path of the irradiated laser beam or by using a transmittance- adjusting filter 23. When an unknown substance is analyzed, the sample is irradiated sequentially with the laser beam whose irradiation intensity is smaller. Thereby, the substance is analyzed by using analytical data obtained at a time when a part to be analyzed is gasified and and ionized under an optimum gasification condition. Thereby, the sample is not gasified so as to disappear when it is irradiated with the laser beam at an excessive irradiation intensity, and its mass can be analyzed with high accuracy because the analytical data obtained under an always optimum gasification and ionization condition is used.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、試料分析技術に係
わり、特に、半導体装置,マスク・レティクル,液晶デ
ィスプレイ,メモリディスク,回路基板などの微細構造
物試料の表面微小領域に存在する欠陥や異物等の未知成
分物質の組成・成分分析に用いるのに好適な試料分析方
法およびその方法を実施するための装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sample analysis technique, and more particularly to a defect or a foreign substance present on a surface of a microstructure sample such as a semiconductor device, a mask reticle, a liquid crystal display, a memory disk, a circuit board, etc. The present invention relates to a sample analysis method suitable for use in the analysis of the composition and components of an unknown component substance such as a sample, and an apparatus for performing the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】まず、従来技術に関し、半導体産業にお
ける分析技術を例にとって以下に説明する。半導体の生
産においては、歩留まり・信頼性を向上するために製造
過程における不良を低減することが必須であり、そのた
めには、製造工程途中においてウエハ上に付着する異物
を低減することが重要である。このウエハ上付着異物の
低減は、一般に検査・観察・分析により異物を同定し、
プロセス装置やプロセスフローにおける異物発生源を対
策することによってなされる。この検査には、一般的
に、レーザ光をウエハ表面に照射してその散乱光を検出
する方法や、白色光をウエハ表面に照射して、半導体回
路パターンの画像を取り込んで比較検査することによ
り、異物・欠陥のみを検出する方法が用いられている。
このようにして検出された異物やパターン欠陥部分は、
走査型電子顕微鏡や高解像度観察装置等により、さらに
詳しく観察することができる。また、その後に検出され
た異物・欠陥を分析する方法としては、電子線を試料
(ウエハ)表面に照射して、そこから放出される特性X線
を分析する方法(XMA;X-ray Micro Analysis)が実
用化されており、特に、エネルギー分散型XMAは、無
機物を対象とした分析に広く用いられている。しかし、
このXMAでは、有機物の分析が困難であり、かつ、電
子線の試料内への入射深さを制御することが困難である
ことから、このXMA分析に代わって、レーザ光やイオ
ンビームを微小径に絞って試料に照射し、試料表面上の
被分析箇所の構成物質を気化させて、その分子,原子あ
るいはイオンを分析する方法が検討されている。飛行時
間型レーザ質量分析法がそのうちの一つである。この飛
行時間型レーザ質量分析法では、試料に微小径に絞った
レーザ光を照射して被分析箇所(微小領域)の構成物質を
気化させ、この気化によって生成されたイオンを試料上
方に引き出して、引き出されたイオンが検出器に到達す
るまでの時間(飛行時間)を計測することにより、該イオ
ンの質量を求める分析法である。
2. Description of the Related Art First, the prior art will be described below by taking an analysis technique in the semiconductor industry as an example. In the production of semiconductors, it is essential to reduce defects in the manufacturing process in order to improve yield and reliability, and for that purpose, it is important to reduce foreign substances adhering to wafers during the manufacturing process. . This reduction of foreign matter adhering to the wafer generally involves identifying the foreign matter by inspection, observation, and analysis.
This is achieved by taking measures against foreign matter sources in the process apparatus and the process flow. In general, this inspection involves irradiating the wafer surface with laser light to detect its scattered light, or irradiating white light onto the wafer surface, capturing an image of the semiconductor circuit pattern, and performing comparative inspection. In addition, a method of detecting only foreign matter / defect is used.
Foreign matter and pattern defect portions detected in this way are:
More detailed observation can be performed with a scanning electron microscope or a high-resolution observation device. In addition, as a method of analyzing foreign matter / defects detected thereafter, an electron beam is used as a sample.
By irradiating (wafer) surface, a method of analyzing the characteristic X-rays emitted therefrom (XMA; X -ray M icro A nalysis) have been put into practical use, in particular, energy dispersive XMA are directed to inorganic Widely used for analysis. But,
In this XMA, it is difficult to analyze an organic substance, and it is difficult to control the depth of incidence of an electron beam into a sample. A method of irradiating a sample with a focus on the sample, vaporizing a constituent material at a portion to be analyzed on the sample surface, and analyzing molecules, atoms or ions thereof has been studied. Time-of-flight laser mass spectrometry is one of them. In this time-of-flight laser mass spectrometry, a sample is irradiated with a laser beam focused to a small diameter to vaporize constituent materials at a portion to be analyzed (small area), and ions generated by this vaporization are drawn out above the sample. This is an analysis method in which the time (flight time) required for the extracted ions to reach the detector is measured to determine the mass of the ions.

【0003】上記した飛行時間型レーザ質量分析法は、
従来、主として有機物、特に、生体化合物の分析に用い
られてきたが、多元素同時分析が可能であり、試料表面
帯電等の影響がなく、質量分析の分解能が高いことか
ら、半導体や液晶等の表面分析にも有効であり、その方
面への適用が種々検討されている。一例として、特開昭
63−146339号公報には、気化用レーザ光と同軸
構成で高解像観察機能を有する飛行時間型レーザ質量分
析計について記載されている。また、特開平6−194
319号公報には、気化用レーザ光を細く絞って試料表
面に照射し、かつ気化生成されたイオンあるいは分子・
原子を検出器に誘導するための穴あき対物レンズ(光学
レンズ)とアインツェルレンズ(イオンレンズ)とを用い
た飛行時間型レーザ質量分析装置および分析方法につい
て記載されている。
The time-of-flight laser mass spectrometry described above is
Conventionally, it has been mainly used for the analysis of organic substances, particularly biological compounds.However, since simultaneous analysis of multiple elements is possible, there is no influence of sample surface charging and the like, and the resolution of mass spectrometry is high, semiconductors and liquid crystals are analyzed. It is also effective for surface analysis, and various applications to that direction have been studied. As an example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-146339 describes a time-of-flight laser mass spectrometer having a high-resolution observation function coaxially with a vaporizing laser beam. Also, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-194
No. 319 discloses that a laser beam for vaporization is squeezed finely to irradiate the sample surface, and ions or molecules generated by vaporization are generated.
A time-of-flight laser mass spectrometer and analysis method using a perforated objective lens (optical lens) and an Einzel lens (ion lens) for guiding atoms to a detector are described.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術のうち、
XMA分析法を用いて微細構造半導体装置の製造過程に
おけるウエハ表面のパターン欠陥や異物を分析する場
合、XMA分析法は原理的に元素分析法であることから
して有機物の分析は困難である。また、異物成分を励起
するために必要なエネルギーが元素番号に依存して異な
ることから、軽元素と呼ばれる元素番号の小さい元素に
対しては低いエネルギー、金属等比較的元素番号の大き
い元素に対しては高いエネルギーの電子線を照射する必
要があった。試料に対する電子線の侵入深さはその照射
エネルギーに依存しており、電子線の照射エネルギーを
高くすると照射電子線が試料のより深部にまで侵入する
ようになり、被分析箇所に存在する欠陥や異物のサイズ
が小さい場合には、これら欠陥や異物成分を含む表面層
だけでなくその下地層にまで電子線が侵入してしまい、
該下地層からの特性X線を多く発生・検出してしまうた
め、表面微少領域の分析が困難であった。また、電子線
やイオン線等の荷電粒子ビームを試料に照射する方法で
は、試料が絶縁物の場合にはその表面が帯電して、照射
ビームのドリフトを生じさせるため、分析箇所等の正確
な制御が困難であった。
SUMMARY OF THE INVENTION Among the above prior arts,
When analyzing a pattern defect or a foreign substance on a wafer surface in the process of manufacturing a microstructure semiconductor device by using the XMA analysis method, it is difficult to analyze an organic substance because the XMA analysis method is an elemental analysis method in principle. In addition, since the energy required to excite the foreign matter component varies depending on the element number, the energy is low for an element having a small element number called a light element, and is low for an element having a relatively large element number such as a metal. In some cases, it was necessary to irradiate high energy electron beams. The depth of penetration of the electron beam into the sample depends on the irradiation energy.If the irradiation energy of the electron beam is increased, the irradiation electron beam penetrates deeper into the sample, and defects and defects existing in the analysis location are detected. If the size of the foreign matter is small, the electron beam penetrates not only to the surface layer containing these defects and foreign matter components but also to the underlying layer,
Since many characteristic X-rays from the underlayer are generated and detected, it is difficult to analyze a minute surface area. In the method of irradiating a sample with a charged particle beam such as an electron beam or an ion beam, when the sample is an insulator, its surface is charged and drift of the irradiation beam is generated. Control was difficult.

【0005】そこで、本発明者らは、微小領域のより高
感度・高分解能分析を目的として、レーザ光を細く絞っ
て試料に照射し、試料表面上の被分析箇所(微小領域)を
構成する物質を気化させて、この気化によって生じる分
子,原子,あるいはイオンが真空中を飛行して検出器に
到達するまでに要する時間から、その運動エネルギーを
算出して、これら分子,原子,あるいはイオンの質量を
求める分析方法、すなわち飛行時間型レーザ質量分析法
の試料表面の欠陥や異物分析への適用についてさらに詳
細に検討した。
Therefore, the inventors of the present invention configured to narrow down a laser beam and irradiate a sample to form a portion to be analyzed (small area) on the sample surface for the purpose of higher sensitivity and higher resolution analysis of a small area. The substance is vaporized, and the kinetic energy of the molecule, atom, or ion generated by this vaporization is calculated from the time required for the molecule, atom, or ion to fly in a vacuum and reach the detector. The analysis method for determining mass, that is, the application of time-of-flight laser mass spectrometry to the analysis of defects and foreign substances on a sample surface was examined in further detail.

【0006】まず、飛行時間型レーザ質量分析法では、
試料表面に照射するのがレーザ光であるため、荷電粒子
ビーム照射の場合のような、試料表面帯電の影響は受け
ないので、試料が絶縁物であっても何ら問題は無い。し
かし、飛行時間型レーザ質量分析法では、被分析箇所を
気化させるが、被分析箇所の材質や大きさによりその気
化に必要なエネルギーが異なる。そのため、被分析箇所
に対する照射レーザ光のエネルギーを分析の都度最適化
してやる必要がある。この点、従来の分析方法では、分
析対象物が主として生体化合物であったため、試料に照
射するレーザ光のエネルギーはほぼ一定でよく、細かな
エネルギー調整はなされていなかった。しかるに、半導
体装置表面の欠陥や異物を構成する物質のような未知物
質を分析する場合には、被分析箇所の材質等を事前に知
ることができないため、予め照射レーザ光の適切なエネ
ルギー調整ができず、そのため、被分析箇所表面層のみ
を分析したいのにその下地層までも気化させてしまった
り、逆に、レーザ光を照射しても必要な被分析箇所表面
層が気化されなかったりする場合がある等の問題点があ
った。特に、レーザ質量分析法では、試料表面の分析所
要部分を気化させることを前提としているので、照射レ
ーザ光のエネルギー設定が適切でなく、特にエネルギー
が大きすぎた場合には、所望の分析結果が得られないだ
けではなく、その回のレーザ光照射によって被分析箇所
が気化・消失してしまうため、改めて分析をやり直すこ
とが不可能になってしまうと云う問題が生じる。
First, in time-of-flight laser mass spectrometry,
Since the laser beam irradiates the sample surface, it is not affected by the charging of the sample surface as in the case of charged particle beam irradiation, so that there is no problem even if the sample is an insulator. However, in the time-of-flight laser mass spectrometry, a portion to be analyzed is vaporized, but the energy required for vaporization varies depending on the material and size of the portion to be analyzed. For this reason, it is necessary to optimize the energy of the irradiation laser beam for the analyzed portion every time the analysis is performed. In this regard, in the conventional analysis method, since the object to be analyzed is mainly a biological compound, the energy of the laser beam applied to the sample may be substantially constant, and fine energy adjustment has not been performed. However, when analyzing an unknown substance such as a substance constituting a defect or a foreign substance on the surface of a semiconductor device, it is not possible to know in advance the material or the like of a portion to be analyzed. It is not possible to analyze only the surface layer to be analyzed, so that even the underlying layer is vaporized, or conversely, the required surface layer to be analyzed is not vaporized even when irradiated with laser light. There was a problem that there was a case. In particular, the laser mass spectrometry method is based on the assumption that a required portion of the sample surface is vaporized, so that the energy setting of the irradiation laser beam is not appropriate, and particularly when the energy is too large, a desired analysis result is obtained. Not only is it impossible to obtain, but also because the portion to be analyzed vaporizes and disappears due to the laser beam irradiation at that time, there arises a problem that it becomes impossible to perform the analysis again.

【0007】従って、本発明の目的は、飛行時間型レー
ザ質量分析法によって試料表面層上の被分析箇所に存在
する分析対象物(欠陥や異物)を分析する際に、これらの
分析対象物が未知成分であっても、被分析箇所に照射す
るレーザ光の照射条件を適切に設定することができ、そ
れにより、被分析箇所を消失させてしまうことなくし
て、高感度・高分解能での試料表面分析を可能ならしめ
得る分析方法および分析装置を提供することである。
[0007] Accordingly, an object of the present invention is to analyze analytes (defects and foreign substances) present at an analysis site on a sample surface layer by time-of-flight laser mass spectrometry. Even for unknown components, the irradiation conditions of the laser beam for irradiating the part to be analyzed can be set appropriately, so that the sample with high sensitivity and high resolution can be obtained without losing the part to be analyzed. An object of the present invention is to provide an analysis method and an analysis device capable of performing a surface analysis.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の試料分析方法においては、レーザ光を試料
に照射する際に、照射レーザ光のエネルギーを調整し
て、試料表面の分析深さやダメージを調整する方法を採
っている。
In order to achieve the above object, in the sample analysis method of the present invention, when irradiating a sample with a laser beam, the energy of the irradiated laser beam is adjusted so that the analysis depth of the sample surface can be improved. It uses a method to adjust pod damage.

【0009】第一の方法は、レーザ光を試料に照射する
際に、試料表面構成材料の融点等に応じて照射レーザ光
のエネルギーを設定する分析方法である。例えば半導体
装置製造ラインにおいては、使用される材料(表面構成
材料)は既知であるので、予め各材料に対応する融点
と、それから換算される各材料表面を気化させるのに必
要な照射レーザ光エネルギーとをテーブル(対応表)上に
設定・記憶させておくことができる。例えば、半導体装
置表面の成膜材料としては、酸化シリコン,アルミニウ
ム,タングステン,ホトレジスト,その他の材料につい
て、上記テーブルを作成しておく。このテーブルから、
1回のパルスレーザ光照射によって気化され得る表面部
分の分量(体積または重量)も算出できる。このため、被
分析試料表面の構成材料が既知の場合には、上記テーブ
ルに基いて、該表面構成材料に応じてパルスレーザ光の
照射回数を設定することにより、試料表面での分析深さ
を制御することが可能となる。
The first method is an analysis method for setting the energy of the irradiated laser beam according to the melting point of the material constituting the surface of the sample when the sample is irradiated with the laser beam. For example, in a semiconductor device manufacturing line, the materials used (surface constituent materials) are known, so the melting point corresponding to each material in advance and the irradiation laser light energy required to vaporize each material surface converted from it are calculated. Can be set and stored on a table (correspondence table). For example, the above table is prepared for silicon oxide, aluminum, tungsten, photoresist, and other materials as film forming materials on the surface of a semiconductor device. From this table,
The amount (volume or weight) of the surface portion that can be vaporized by one pulse laser beam irradiation can also be calculated. For this reason, if the constituent material of the surface of the sample to be analyzed is known, the analysis depth on the sample surface is set by setting the number of irradiations of the pulse laser light according to the surface constituent material based on the table. It becomes possible to control.

【0010】第二の方法は、上記した第一の方法におけ
る照射条件設定用テーブルに基き、あるいは、別途数段
階のレーザ光照射条件を固定設定しておき、弱いエネル
ギーから強いエネルギーへと順次段階的に照射エネルギ
ーを増大させながらレーザ光を照射していく方法であ
る。被分析箇所を特定し、該箇所にレーザ光を照射して
試料表面を気化させる際、該試料表面の構成材料が未知
の場合、または、該試料表面上に付着した未知物質(異
物等)を分析する場合には、その分析に適切な照射エネ
ルギーを予め設定しておくことは困難である。そのため
に、照射レーザ光のエネルギーが被分析箇所の所要気化
エネルギー値よりも大きい場合には、所望の被分析箇所
のみならず、その近傍を含む広い範囲にわたって気化さ
れてしまう。所望の分析箇所よりも広い領域が気化され
ると、分析所望領域以外からのノイズ信号が多数混入し
て検出されるため、分析所望領域についての分析感度が
実質的に低下してしまう。このため、被分析箇所には、
該部分のみを気化させるに必要なエネルギー(または、
それ以下のエネルギー)のレーザ光が照射される必要が
ある。本発明では、照射レーザ光のエネルギーを数段階
に設定して、被分析箇所に対しエネルギーの小さな順に
照射することにより、被分析箇所のみについての所要気
化エネルギー値よりも大きいエネルギーでのレーザ光照
射を防止することができる。すなわち、被分析箇所に照
射するレーザ光のエネルギーを順次段階的に増大させて
行き、被分析箇所が気化されて所望の分析データが得ら
れた段階で照射レーザ光のエネルギーの増大を停止させ
ることができ、それにより、被分析箇所以外の試料表面
領域(例えば下地層)の気化を防止することができる。
The second method is based on the irradiation condition setting table in the first method described above, or separately sets several stages of laser beam irradiation conditions in a fixed manner, and sequentially changes from weak energy to strong energy. This is a method of irradiating a laser beam while increasing the irradiation energy. When identifying a portion to be analyzed and irradiating the portion with a laser beam to vaporize the sample surface, when the constituent material of the sample surface is unknown, or an unknown substance attached to the sample surface (foreign matter, etc.) When performing analysis, it is difficult to preset irradiation energy appropriate for the analysis. Therefore, when the energy of the irradiation laser beam is larger than the required vaporization energy value of the analyzed portion, the laser beam is vaporized not only at the desired analyzed portion but also over a wide range including the vicinity thereof. When an area wider than the desired analysis location is vaporized, a large number of noise signals from areas other than the desired analysis area are mixed and detected, so that the analysis sensitivity for the desired analysis area is substantially reduced. For this reason,
The energy required to vaporize only that part (or
It is necessary to irradiate a laser beam having an energy less than that. In the present invention, by setting the energy of the irradiation laser light in several stages and irradiating the analysis target in ascending order of energy, the laser light irradiation with an energy larger than the required vaporization energy value only for the analysis target is performed. Can be prevented. In other words, the energy of the laser light applied to the analyzed portion is sequentially increased stepwise, and the increase in the energy of the irradiated laser light is stopped when the analyzed portion is vaporized and desired analysis data is obtained. Accordingly, it is possible to prevent vaporization of a sample surface region (for example, an underlayer) other than the analyzed portion.

【0011】また、本発明の試料分析方法においては、
試料表面に照射するレーザ光のエネルギーを調整するの
とは別に、試料を冷却することによって、レーザ光照射
した際の試料表面での熱拡散を抑制することができる。
この試料冷却による熱拡散の抑制によって、気化される
試料表面領域の体積が小さくなり、より微小な領域の分
析が可能となる。
[0011] In the sample analysis method of the present invention,
In addition to adjusting the energy of the laser beam applied to the sample surface, by cooling the sample, thermal diffusion on the sample surface when the laser beam is applied can be suppressed.
By suppressing the thermal diffusion due to the cooling of the sample, the volume of the sample surface region to be vaporized is reduced, and a smaller region can be analyzed.

【0012】さらに、上記した第一および第二の方法で
レーザ光を試料に照射する際、試料表面上の分析所望箇
所が1回のパルスレーザ光照射で気化・消失しなかった
場合には、複数回のパルスレーザ光照射を行ない、各回
において得られる分析データを個別に記憶して、これら
各回の分析データを加算することによって、ランダムな
ノイズの影響を軽減して、分析所望箇所についての分析
感度を向上させることができる。また、分析所望箇所が
試料内層部である場合には、上記と同様に複数回のパル
スレーザ光照射を行なって、各回の分析データを個別に
記憶して、各回の分析データとそれぞれその直前の回の
分析データとの差分を取ることにより、分析所望の層と
その上の層との境界面(分析データの変化点)をモニタす
ることができ、それにより、所望の深さの層についての
分析が可能になる。
Further, when the sample is irradiated with the laser beam by the first and second methods described above, if the desired analysis portion on the sample surface is not vaporized and disappeared by one pulse laser beam irradiation, By performing pulsed laser light irradiation a plurality of times, separately storing the analysis data obtained in each time, and adding the analysis data of each time, the influence of random noise is reduced, and the analysis at the desired analysis location is performed. Sensitivity can be improved. Further, when the analysis desired portion is the sample inner layer portion, the pulse laser beam irradiation is performed a plurality of times in the same manner as described above, the analysis data of each time is individually stored, and the analysis data of each time and the immediately preceding analysis data are respectively stored. By taking the difference from the analysis data at the time of analysis, it is possible to monitor the boundary surface (change point of the analysis data) between the layer desired to be analyzed and the layer above it, whereby the layer having the desired depth can be monitored. Analysis becomes possible.

【0013】上記した照射レーザ光の強度(エネルギー)
の調整は、例えば、照射レーザ光の光路途中に、開口径
の異なる複数の絞り開口およびレーザ光波長に合せた透
過率調整フィルタ等を設置しておき、所望とする照射レ
ーザ光強度に応じて、これらの絞り開口と透過率調整フ
ィルタとの組み合わせを設定することにより達成され得
る。また、上記した試料の冷却は、試料保持台に温度制
御の可能な冷却機構を付設させておき、目的に応じて、
試料を冷却し、かつ冷却温度を制御することにより達成
され得る。さらに、試料気化用のレーザ光とは別に、試
料表面に白色光等を照射して、試料表面の映像をTVカ
メラ等で撮像して、レーザ光照射される箇所およびその
近傍を観察できるように構成しておくことにより、分析
に際しては、先ずこの観察機能を用いて試料表面上での
被分析箇所を特定し、次いでこの特定された被分析箇所
に気化用レーザ光を照射して分析データを取得するよう
にすることができる。なお、上記した被分析箇所を特定
するモードと分析データを取得するモードとの間でのモ
ード切替を行なうためのモード切替機能を付加しておく
のが望ましい。さらにまた、レーザ光照射・分析データ
取得後の試料表面を再度観察することにより、試料表面
のダメージ,気化された箇所の消失深さ等から、照射レ
ーザ光の強度を判定したり、再度パルスレーザ光を照射
するかどうかの判定を行なうことが可能になる。
The intensity (energy) of the above-mentioned irradiation laser light
The adjustment of, for example, in the middle of the optical path of the irradiation laser light, a plurality of aperture openings having different aperture diameters and a transmittance adjustment filter or the like adapted to the laser light wavelength are installed, and according to the desired irradiation laser light intensity. By setting a combination of these apertures and a transmittance adjusting filter, the above-described setting can be achieved. In addition, for cooling the sample described above, a cooling mechanism capable of controlling the temperature is attached to the sample holder, and according to the purpose,
This can be achieved by cooling the sample and controlling the cooling temperature. Furthermore, separately from the laser light for vaporizing the sample, the surface of the sample is irradiated with white light or the like, and an image of the surface of the sample is imaged with a TV camera or the like so that the portion irradiated with the laser light and its vicinity can be observed. With this configuration, at the time of analysis, first, an analysis location on the sample surface is specified using this observation function, and then the specified analysis location is irradiated with a laser beam for vaporization to analyze the analysis data. You can get it. It is desirable to add a mode switching function for switching the mode between the above-described mode for specifying the analyzed part and the mode for acquiring the analysis data. Furthermore, by observing the sample surface again after laser beam irradiation and analysis data acquisition, the intensity of the irradiated laser beam can be determined from the damage on the sample surface, the disappearance depth of the vaporized portion, etc. It is possible to determine whether to irradiate light.

【0014】以上により、未知組成の試料の表面分析に
おいて、分析所要箇所だけを高感度かつ高分解能で分析
できる。また、未知組成試料であっても、適切な分析条
件の下での分析データが得らずに被分析箇所を消失させ
てしまうと云うようなことがなくなり、分析(検査)の信
頼性および効率を向上させることができる。
As described above, in the surface analysis of a sample having an unknown composition, only a portion required for analysis can be analyzed with high sensitivity and high resolution. In addition, even if the sample is of an unknown composition, it does not happen that the analyzed part is lost without obtaining analysis data under appropriate analysis conditions, and the reliability and efficiency of analysis (inspection) are reduced. Can be improved.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につ
き、実施例を挙げて詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to examples.

【0016】本発明による試料分析方法および装置の実
施例につき、図1〜図7を参照して説明する。半導体装
置の製造プロセスでは、多数のパターン形成工程が繰り
返し行なわれる。一つのパターン形成工程は、大略する
と、成膜,レジスト塗布,感光,現像,エッチング,レ
ジスト除去,洗浄等のステップから構成されている。こ
れら複数のステップを経て、ウエハ上に一つの回路パタ
ーンが形成されるのであるが、図1に示すように、回路
パターン形成途中に、異物1や突起2,パターン残りや
残渣3,パターン形状不良4等が発生すると、その半導
体装置は動作・特性・信頼性の各面で不良品となる。こ
れらの異物1や突起2,パターン残りや残渣3,パター
ン形状不良4等は、その発生原因によってそれぞれ材質
が異なる(その多くは未知の材質である)上、その形状や
サイズも様々である。そのため、図2に示すように、主
要なパターン形成工程において、ウエハの外観検査を行
なって、ウエハ毎・場所毎の異物や欠陥の有無、それら
の大きさや位置座標を検出している。そして、異物や欠
陥の詳細な内容を把握してその発生原因や発生源を特定
するために、これら異物や欠陥部分を構成する物質につ
いての組成分析が行なわれる。以下においては、このよ
うな異物や欠陥,パターン残りや残渣,パターン形状不
良等が生じている部分の材質(成分および組成)を分析
する場合を例にとって、本発明の分析方法および分析装
置について詳述する。
An embodiment of a method and an apparatus for analyzing a sample according to the present invention will be described with reference to FIGS. In a semiconductor device manufacturing process, a number of pattern forming steps are repeatedly performed. One pattern forming process generally includes steps such as film formation, resist coating, exposure, development, etching, resist removal, and cleaning. Through these steps, one circuit pattern is formed on the wafer. However, as shown in FIG. When 4 and the like occur, the semiconductor device becomes defective in operation, characteristics, and reliability. These foreign substances 1, projections 2, remaining patterns and residues 3, defective pattern shapes 4, and the like have different materials depending on the cause of occurrence (many of them are unknown materials) and also have various shapes and sizes. Therefore, as shown in FIG. 2, in the main pattern forming process, the appearance of the wafer is inspected to detect the presence or absence of foreign matter and defects for each wafer and each place, and their size and position coordinates. Then, in order to grasp the detailed contents of the foreign matter and the defect and to specify the cause and source of the foreign matter and the defect, a composition analysis of the substance constituting the foreign matter and the defective portion is performed. In the following, the analysis method and the analysis apparatus of the present invention will be described in detail by taking as an example the case of analyzing the material (component and composition) of a portion where such a foreign substance, defect, pattern residue or residue, pattern shape defect or the like has occurred. Will be described.

【0017】本発明の分析方法および分析装置において
は、試料表面の所要分析箇所に細く絞ったレーザ光を照
射し、該所要分析箇所に存在する異物や欠陥等の構成物
質を気化・イオン化させる。そして、この気化・イオン
化によって生成されたイオンを試料表面から引き出し
て、試料表面から十分離れた位置に設けられた検出器で
検出し、検出されたイオンがその発生位置(被分析箇所
=レーザ光照射位置)から検出器に到るまでに要した時
間(飛行時間)を測定することにより、該検出イオンの質
量を求め、もって上記被分析箇所に存在していた異物や
欠陥等の構成物質の分析(成分・組成の特定)を行なって
いる。
In the analyzing method and the analyzing apparatus according to the present invention, a required analysis point on the surface of the sample is irradiated with a narrowly focused laser beam to vaporize and ionize constituents such as foreign matter and defects existing at the required analysis point. Then, the ions generated by the vaporization and ionization are extracted from the sample surface, detected by a detector provided at a position sufficiently away from the sample surface, and the detected ion is generated at the generation position (analyzed location = laser beam). By measuring the time (flight time) required to reach the detector from the (irradiation position), the mass of the detected ions is obtained, and thus the constituents such as foreign matter and defects existing at the analysis site are determined. Analyzing (specifying components and compositions).

【0018】図3に、本発明の一実施例になる分析装置
の概略構成を示す。本実施例の分析装置は、大別して、
試料台6を含む試料室7,試料気化用のレーザ光を照射
するためのレーザ光照射光学系,試料から放出されたイ
オンを検出するためのイオン検出系,試料表面を観察す
るための観察用光学系,および、装置各部を制御するた
めの制御部19から構成されている。被分析試料5は試
料台6上に載置され、試料台6は制御部19からの指令
に従って所望の位置へ移動できるよう構成されている。
これにより、試料(例えば半導体ウエハ)5は、その表面
上の異物が存在する座標位置(被分析箇所)がレーザ光照
射光学系の直下となるように、レーザ光照射光学系の光
軸(Z軸)に対して垂直な面(X−Y面)内で2方向(X,
Y方向)に移動され得る。また、試料5の被分析箇所表
面がレーザ光照射光学系の光軸方向(Z方向)での所定位
置に来るようにするために、試料5の厚さの変化に応じ
て、試料5をZ方向にも移動させ得るよう構成されてい
る。なお、これら試料移動のための試料台駆動機構につ
いての図示は省略してある。
FIG. 3 shows a schematic configuration of an analyzer according to one embodiment of the present invention. The analyzer of this embodiment is roughly divided into
A sample chamber 7 including a sample stage 6, a laser light irradiation optical system for irradiating a laser beam for vaporizing the sample, an ion detection system for detecting ions emitted from the sample, and an observation device for observing the sample surface It comprises an optical system and a control unit 19 for controlling each unit of the apparatus. The sample 5 to be analyzed is placed on the sample stage 6, and the sample stage 6 is configured to be able to move to a desired position in accordance with a command from the control unit 19.
As a result, the sample (for example, a semiconductor wafer) 5 has an optical axis (Z Axis) in two directions (X, Y) in a plane (XY plane) perpendicular to
(Y direction). In addition, in order to bring the surface of the analyzed portion of the sample 5 to a predetermined position in the optical axis direction (Z direction) of the laser light irradiation optical system, the sample 5 is moved in accordance with a change in the thickness of the sample 5. It is configured to be able to move in any direction. The illustration of the sample stage drive mechanism for moving the sample is omitted.

【0019】試料台6上には、試料5の下面に接触する
冷却部28が設けられており、制御部19からの命令
(あるいは、他の任意の方法)によって、その冷却温度
を適宜制御することによって、試料5を目的に応じた任
意の温度に冷却できるよう構成されている。なお、この
試料冷却系についての図示は省略してある。
A cooling unit 28 is provided on the sample table 6 to be in contact with the lower surface of the sample 5, and the cooling temperature is appropriately controlled by a command from the control unit 19 (or another arbitrary method). Thereby, the sample 5 can be cooled to an arbitrary temperature according to the purpose. The illustration of the sample cooling system is omitted.

【0020】試料気化用レーザ光照射光学系は、レーザ
光源20,絞り21,レンズ22,透過率調整フィルタ
23,ミラー10,対物レンズ9などから構成されてい
る。レーザ光源20は、制御部19からの指令を受け
て、パルス状のレーザ光を出力する。この出力レーザ光
は、絞り21,レンズ22,透過率調整フィルタ23,
光路切替ミラー24,光入射用窓25,ミラー10,対
物レンズ9を介して、被分析試料5の表面に照射され
る。なお、絞り21と透過率調整フィルタ23は、それ
ぞれ複数種の開口径と透過率のものが備えられており、
制御部19からの指令により選択されたものが、照射レ
ーザ光の光路上に挿入設置されるよう構成されている。
The sample vaporizing laser light irradiation optical system includes a laser light source 20, an aperture 21, a lens 22, a transmittance adjusting filter 23, a mirror 10, an objective lens 9, and the like. The laser light source 20 outputs a pulsed laser light in response to a command from the control unit 19. The output laser light is supplied to a stop 21, a lens 22, a transmittance adjusting filter 23,
The light is irradiated onto the surface of the sample 5 to be analyzed via the optical path switching mirror 24, the light incident window 25, the mirror 10, and the objective lens 9. The aperture 21 and the transmittance adjusting filter 23 have a plurality of types of aperture diameters and transmittances, respectively.
One selected by a command from the control unit 19 is inserted and installed on the optical path of the irradiation laser light.

【0021】イオン検出系は、イオン引出電極8,イオ
ン偏向器11,イオンフライト空間13,イオンリフレ
クタ12,イオン検出器14,オシロスコープ15など
から構成されている。上記した試料気化用レーザ光の照
射によって試料5表面で発生したイオンは、イオン引出
電極8によって引き出され、イオン偏向器11により軌
道を修正された上で、イオンフライト空間13へと導か
れる。イオンフライト空間13内を飛行したイオンは、
イオンリフレクタ12によって反射され、再びイオンフ
ライト空間13内を飛行した上で、イオン検出器14に
入射し、そこで検出される。
The ion detection system includes an ion extraction electrode 8, an ion deflector 11, an ion flight space 13, an ion reflector 12, an ion detector 14, an oscilloscope 15, and the like. The ions generated on the surface of the sample 5 by the irradiation of the sample vaporizing laser light are extracted by the ion extraction electrode 8, the orbit is corrected by the ion deflector 11, and then guided to the ion flight space 13. The ions that have flown in the ion flight space 13 are:
The light is reflected by the ion reflector 12, flies again in the ion flight space 13, enters the ion detector 14, and is detected there.

【0022】オシロスコープ15では、イオン検出器1
4からの検出信号を受けて、時々刻々と検出されるイオ
ンのそれぞれの検出時間を測定し、各イオンの検出時間
からそのイオンの飛行時間(レーザ光源20から試料気
化用のパルスレーザ光が出力された時点から各イオンが
検出されるまでの時間)を求めて、その結果をデータ処
理部16に送る。
In the oscilloscope 15, the ion detector 1
4, the detection time of each ion detected every moment is measured, and the detection time of each ion is used to calculate the flight time of the ion (a pulse laser beam for sample vaporization is output from the laser light source 20). (The time from the point of time when each ion is detected until each ion is detected), and the result is sent to the data processing unit 16.

【0023】データ処理部16では、送られてきた各イ
オンの飛行時間データから、イオン飛行時間と検出イオ
ン量との関係(飛行時間スペクトル)を求め、予め知ら
れているイオン飛行時間対イオン質量数との関係に従っ
て、この飛行時間スペクトルを質量スペクトルに換算す
る。この換算によって得られた質量スペクトルから、試
料5の被分析箇所(=レーザ光照射位置)を構成してい
る物質の成分・組成を判定できる。この質量スペクトル
や各種の演算結果は、記憶部17に記憶され、また、表
示部18によって表示され得る。
The data processing unit 16 obtains a relationship (time-of-flight spectrum) between the ion flight time and the detected ion amount from the transmitted time-of-flight data of each ion, and obtains a previously known ion flight time versus ion mass. This time-of-flight spectrum is converted into a mass spectrum according to the relationship with the number. From the mass spectrum obtained by this conversion, it is possible to determine the component / composition of the substance constituting the analyzed portion (= laser irradiation position) of the sample 5. The mass spectrum and various calculation results can be stored in the storage unit 17 and displayed on the display unit 18.

【0024】観察用光学系は、観察用照明光源26,光
路切替ミラー24,TVカメラ27から構成されてい
る。照明光源26からは白色光が出射され、目的に応
じ、光路切替ミラー24を介して試料気化用レーザ光の
光路上に、試料気化用レーザ光と切り替えて入射され、
試料気化用レーザ光の光軸と同軸関係で、試料5表面上
の被分析箇所に照射される。この観察用照明光の照射に
よる試料5表面からの反射光がTVカメラ27で撮像さ
れ、得られた映像信号が制御部19を介して表示部18
に送られ、試料表面の被分析箇所周辺の映像が表示され
る。
The observation optical system includes an observation illumination light source 26, an optical path switching mirror 24, and a TV camera 27. White light is emitted from the illumination light source 26, and is switched into the sample vaporization laser light via the optical path switching mirror 24 and is incident on the optical path of the sample vaporization laser light via the optical path switching mirror 24 according to the purpose.
The sample 5 is irradiated on a portion to be analyzed on the surface of the sample 5 in a coaxial relationship with the optical axis of the laser beam for sample evaporation. The reflected light from the surface of the sample 5 due to the irradiation of the observation illumination light is imaged by the TV camera 27, and the obtained video signal is transmitted to the display unit 18 via the control unit 19.
To display an image of the area around the analysis target on the sample surface.

【0025】次に、前述した分析装置を用いて試料(半
導体ウエハ)表面上の異物を分析する方法について、図
3および図4を参照して説明する。なお、図4は、本実
施例の分析方法における分析手順を示している。予め異
物や欠陥の所在を他の検査装置で求めてある試料(ウエ
ハ)5をローディング部29にセットしておき、そこか
ら試料室7内の試料台6上にローディングする。そし
て、ウエハ5のオリエンテーションフラットやノッチ等
のウエハ形状を検出するか、あるいは、ウエハ5上に形
成されたアライメントパターンを検出することにより、
ウエハ5の位置座標や回転状態を補正する。次に、予め
他の検査装置で求めてあった異物の位置座標を制御部1
9のコンピュータにローディングし、本分析装置に則し
た座標値に換算し、分析を所望する異物位置が、丁度お
よび観察用光学系の直下に来るように、試料台6を移動
して、ウエハ5の位置決めをする。
Next, a method for analyzing foreign matter on the surface of a sample (semiconductor wafer) using the above-described analyzer will be described with reference to FIGS. FIG. 4 shows an analysis procedure in the analysis method of this embodiment. A sample (wafer) 5 in which the location of a foreign substance or a defect is determined by another inspection apparatus in advance is set in the loading section 29, and is loaded onto the sample table 6 in the sample chamber 7 from there. Then, by detecting a wafer shape such as an orientation flat or a notch of the wafer 5, or by detecting an alignment pattern formed on the wafer 5,
The position coordinates and the rotation state of the wafer 5 are corrected. Next, the position coordinates of the foreign matter obtained in advance by another inspection apparatus are stored in the control unit 1.
The sample table 6 is loaded onto the computer 9 and converted into coordinate values in accordance with the present analyzer, and the sample table 6 is moved so that the position of a foreign substance desired to be analyzed is just below the observation optical system. Position.

【0026】次いで、ミラー24を用いてレーザ光照射
光学系の光路を観察用光学系の光路に切り替えて、ウエ
ハ5表面を照明光源26からの白色光で照明して、ウエ
ハ5表面からの反射光をTVカメラ27で撮像する。撮
像されたウエハ5表面の像は表示部18に表示される。
このウエハ表面の像を観察しながら、試料台6の高さ
(光学系の光路方向における位置)を調整して、ウエハ5
表面上に光学系の焦点を合わせる。また、この光学系の
焦点位置を表示部18のモニタ画面上にカーソル等で表
示し、そこに被分析箇所(異物位置)が来るよう精密に位
置合わせをする。
Next, the optical path of the laser light irradiation optical system is switched to the optical path of the observation optical system using the mirror 24, and the surface of the wafer 5 is illuminated with white light from the illumination light source 26, and the reflection from the surface of the wafer 5 is performed. Light is imaged by the TV camera 27. The captured image of the surface of the wafer 5 is displayed on the display unit 18.
While observing the image of the wafer surface,
(Position of the optical system in the optical path direction)
Focus the optics on the surface. Further, the focal position of this optical system is displayed on the monitor screen of the display unit 18 with a cursor or the like, and the position is precisely adjusted so that the analyzed portion (foreign matter position) comes there.

【0027】上記した被分析箇所の位置わせが済んだ
ら、ミラー24で光学系の光路を観察用からレーザ光照
射用に切り替える。次いで、制御部19において、分析
条件を予め複数設定してある条件ファイルの中から所望
の分析条件を選択するか、あるいは、所定の手順に従っ
て所望の分析条件を制御部19に入力して、分析条件を
設定する。この分析条件に従って、レーザ光照射光学系
の光路途中に設置されている絞り21や透過率調整フィ
ルタ23が変更・設定される。この分析条件設定方法に
ついては、後に詳しく述べる。
After the above-described position of the portion to be analyzed is completed, the mirror 24 switches the optical path of the optical system from observation to laser light irradiation. Next, in the control unit 19, a desired analysis condition is selected from a condition file in which a plurality of analysis conditions are set in advance, or the desired analysis condition is input to the control unit 19 according to a predetermined procedure. Set conditions. In accordance with the analysis conditions, the diaphragm 21 and the transmittance adjusting filter 23 installed in the optical path of the laser light irradiation optical system are changed and set. This analysis condition setting method will be described later in detail.

【0028】次いで、制御部19からの分析開始指令に
従い、レーザ光源20から試料気化用のレーザ光がパル
ス発振され、被分析箇所(異物)に照射される。ここで、
照射レーザ光の強度が被分析異物を気化させるに必要な
エネルギーに達している場合には、被分析異物の一部が
気化され、さらにその一部がイオン化されて、前述の方
法でイオン検出器14にて検出される。検出データは、
直ちにオシロスコープ15を介してデータ処理部16へ
転送され、被分析異物の質量スペクトルを得るのに必要
な演算や演算結果の保存がなされ、また得られた質量ス
ペクトルその他の演算結果が表示部18のモニタ画面上
に映像表示される。
Next, in accordance with an analysis start command from the control unit 19, a laser beam for vaporizing the sample is pulse-oscillated from the laser light source 20, and is irradiated on the analyzed portion (foreign matter). here,
When the intensity of the irradiation laser beam has reached the energy required to vaporize the foreign substance to be analyzed, a part of the foreign substance to be analyzed is vaporized, and a part thereof is further ionized. It is detected at 14. The detection data is
Immediately through the oscilloscope 15, the data is transferred to the data processing unit 16, where calculations necessary for obtaining the mass spectrum of the foreign substance to be analyzed and the calculation results are stored, and the obtained mass spectrum and other calculation results are displayed on the display unit 18. An image is displayed on the monitor screen.

【0029】その後、再度ミラー24で光学系の光路を
観察用に切り替えて、分析した箇所すなわちレーザ光照
射した箇所の像を観察する。観察の結果、被分析箇所の
異物が気化されて消失していれば、その箇所の分析はそ
れで終了とする。一方、照射レーザ光の強度が被分析異
物の気化に必要なエネルギー値よりも低かった場合に
は、被分析異物はまだ残存している。そのため、観察結
果により適宜に分析条件を変更・設定し直して、再度同
一箇所を分析する。このような手順を繰り返し、所望箇
所についての所望条件での分析を行ない、ローディング
された試料ウエハ5の表面上における全ての分析所望箇
所についての分析を終了したら、その試料ウエハ5をロ
ーディング部29へアンローディングする。
After that, the optical path of the optical system is switched again for observation by the mirror 24, and the image of the analyzed position, that is, the position irradiated with the laser beam is observed. As a result of the observation, if the foreign matter at the analyzed location has been vaporized and disappeared, the analysis at that location is completed. On the other hand, when the intensity of the irradiation laser beam is lower than the energy value required for vaporizing the foreign matter to be analyzed, the foreign matter to be analyzed still remains. Therefore, the analysis conditions are appropriately changed and set again according to the observation result, and the same part is analyzed again. Such a procedure is repeated to analyze the desired portion under the desired conditions. When the analysis of all the desired portions on the surface of the loaded sample wafer 5 is completed, the sample wafer 5 is transferred to the loading section 29. Unload.

【0030】以上、本発明の分析方法について説明した
が、既に述べたように半導体ウエハ表面上の異物は、そ
の材質が未知であることが殆どである。そのため、試料
気化用レーザ光を常に適切な条件(エネルギー)でもって
照射することが困難である。例えば、レジスト等の有機
物は比較的低いエネルギーで気化され、フッ素ガスや塩
素ガスと金属とが化合してできた生成物も低エネルギー
で気化する。しかし、金属膜等に関しては、これら有機
物やフッ素・塩素化合物よりも高いエネルギーが必要で
あり、また、酸化珪素等に関しては、さらに高いエネル
ギーを与えないと分解・気化・イオン化しない。
As described above, the analysis method of the present invention has been described. However, as described above, in most cases, the material of foreign matter on the surface of a semiconductor wafer is unknown. Therefore, it is difficult to always irradiate the sample vaporizing laser beam under appropriate conditions (energy). For example, an organic substance such as a resist is vaporized at a relatively low energy, and a product formed by combining a fluorine gas or a chlorine gas with a metal is also vaporized at a low energy. However, a metal film or the like requires higher energy than these organic substances and fluorine / chlorine compounds, and silicon oxide and the like do not decompose, vaporize, or ionize unless further higher energy is given.

【0031】本発明の分析方法による具体的な分析例と
して、半導体ウエハのAlパターン上にレジストが異物
として残存した場合の不良分析例について記す。先ず、
既に述べた方法で被分析箇所とレーザ光照射光学系の焦
点位置との一致を確認した上で、照射レーザ光の強度を
1mJに設定して、被分析箇所にこのレーザ光を照射し
た。その結果、被分析箇所だけでなく、その周囲のパタ
ーンも数十μmの領域にわたって溶融・気化しているこ
とが判明した。この時得られたスペクトルは、時間分解
能が悪い上に、下地物質のものと思われる成分の信号を
多く含んだものであった。これは、照射レーザ光の強度
(エネルギー)が高すぎて、被分析箇所だけではなく、
その周囲領域の物質をも気化させてしまったこと、ま
た、熱拡散現象による気化・イオン化の時間遅延によっ
て、同じ物質からの同じ成分イオンの発生が同時に行な
われなかったことが原因であると判断される。時間分解
能が悪いと、同一時間内に種々異なる成分イオンが混在
して検出されてしまうため、被分析箇所(異物)を構成す
る物質が何であるかの判定が困難となる。また、被分析
箇所以外の領域の気化は、それ自体分析箇所周辺領域の
ダメージを大きくすることになる。さらに、適正な分析
結果が得られなかったにも拘らず、被分析箇所の異物が
気化によって全て消失してしまっているため、改めて再
分析することが不可能となる。
As a specific analysis example according to the analysis method of the present invention, a failure analysis example when a resist remains as a foreign substance on an Al pattern of a semiconductor wafer will be described. First,
After confirming the coincidence between the analyzed portion and the focal position of the laser light irradiation optical system by the method already described, the intensity of the irradiated laser light was set to 1 mJ, and the analyzed portion was irradiated with the laser light. As a result, it was found that not only the portion to be analyzed, but also the surrounding pattern was melted and vaporized over an area of several tens of μm. The spectrum obtained at this time was poor in time resolution and contained many signals of components considered to be those of the underlying substance. This is because the intensity (energy) of the irradiation laser beam is too high,
It was determined that the material in the surrounding area was also vaporized, and that the same component ions were not simultaneously generated from the same material due to the time delay of vaporization and ionization due to the thermal diffusion phenomenon. Is done. If the time resolution is poor, various component ions are mixed and detected within the same time, so that it is difficult to determine what the substance constituting the portion to be analyzed (foreign matter) is. In addition, vaporization of the region other than the analyzed portion itself increases the damage of the region around the analyzed portion. Furthermore, despite the inability to obtain an appropriate analysis result, the foreign matter at the location to be analyzed has completely disappeared due to vaporization, making it impossible to perform another analysis again.

【0032】そこで、被分析箇所(異物)を構成する物質
が未知である場合には、予め複数のレーザ光照射条件を
含んだ条件ファイルを設定しておき、これら複数の照射
条件のうちレーザ光照射強度(エネルギー)が最も弱い
方から順番に照射するようにした。レーザ光の照射エネ
ルギーは、既に述べたように、照射光路の途中に設けら
れた絞り21の開口径を変えたり、透過率調整フィルタ
23の透過率を変えることによって可変設定される。図
5に、この条件ファイルの一例を示す。条件Aは有機物
を気化する際の適正エネルギー条件に相当し、条件Bは
金属−フッ素・塩素化合物を気化する際の適正エネルギ
ー条件に相当する。また、条件CはAlを、条件DはW
をそれぞれ気化させる際の適正エネルギー条件に相当す
ると云うように、各種の材料に相当する照射エネルギー
条件が、この条件ファイルに入力されている。この条件
ファイルに基いて、照射エネルギーが最も弱い順に被分
析箇所にレーザ光を照射し、その都度、分析結果(質量
スペクトル)を確認すると共に、被分析箇所(レーザ光
照射箇所)を観察用光学系により観察して、分析結果の
適否(再分析の要否)や,分析深さ等を判定する。そし
て、被分析箇所(異物)の適切な気化が行なわれておら
ず、再分析が必要と判定された場合には、レーザ光の照
射エネルギーを1ステップ高くして再分析を行なう。こ
のような手順を経ることにより、被分析箇所の異物が消
失してしまう前に、適正な分析結果を確実に得ることが
可能になる。
Therefore, if the substance constituting the part to be analyzed (foreign substance) is unknown, a condition file including a plurality of laser beam irradiation conditions is set in advance, and the laser beam among the plurality of laser beam irradiation conditions is set. Irradiation was performed in order from the weakest irradiation intensity (energy). As described above, the irradiation energy of the laser light is variably set by changing the aperture diameter of the stop 21 provided in the middle of the irradiation light path or changing the transmittance of the transmittance adjusting filter 23. FIG. 5 shows an example of this condition file. Condition A corresponds to a proper energy condition for vaporizing an organic substance, and condition B corresponds to a proper energy condition for vaporizing a metal-fluorine / chlorine compound. Condition C is Al, condition D is W
Irradiation energy conditions corresponding to various materials are input to this condition file, as if they corresponded to the appropriate energy conditions for vaporizing the respective materials. Based on this condition file, a laser beam is irradiated to the analyzed portion in the order of the lowest irradiation energy, and each time, the analysis result (mass spectrum) is checked, and the analyzed portion (laser beam irradiated portion) is observed by the optical observation. The system is observed to determine the suitability of the analysis result (necessity of re-analysis) and the analysis depth. Then, when it is determined that the analyzed portion (foreign matter) is not properly vaporized and reanalysis is necessary, the reanalysis is performed by increasing the irradiation energy of the laser beam by one step. Through such a procedure, it is possible to surely obtain an appropriate analysis result before the foreign matter at the analyzed portion disappears.

【0033】また、被分析箇所の気化に際して、試料
(ウエハ)表面における熱拡散が、実際に気化される領域
の広さに大きく影響する。図6に、その概要を示す。試
料表面における熱の広がりが大きいと、同図の(a)に示
すように、気化される領域30も広がる。そのため、目
的に応じて、例えば微小な領域を分析したい場合には、
試料冷却部28を用いて試料5を冷却する。また、上記
条件ファイルにおいて、ある一定以上のエネルギーでレ
ーザ光を照射する場合には、試料へのダメージを軽減す
るためにも試料を冷却する。冷却手段は、例えば液体窒
素等により冷却部28を冷却する方法等が挙げられ、分
析前に制御部19からの指令あるいは手動スイッチによ
る指令、または、液体窒素の注入等により冷却開始され
る。これにより、同図の(b)に示すように、気化される
領域30を微小領域に留めることが可能となると同時
に、前述したような時間分解能の低下を防止することが
できるようになり、さらに試料5表面に与えるダメージ
を軽減することが可能となる。このようにして、試料で
ある半導体ウエハ表面上の異物や欠陥に対して、常に適
切な分析条件を設定することにより、高精度の分析結果
(スペクトル)を得ることができるようになった。
In addition, when evaporating the portion to be analyzed,
Thermal diffusion on the (wafer) surface greatly affects the area of the region that is actually vaporized. FIG. 6 shows the outline. If the spread of heat on the sample surface is large, the region 30 to be vaporized also spreads as shown in FIG. Therefore, for example, if you want to analyze a small area,
The sample 5 is cooled using the sample cooling unit 28. In the above condition file, when irradiating a laser beam with a certain energy or more, the sample is cooled to reduce damage to the sample. The cooling means includes, for example, a method of cooling the cooling unit 28 with liquid nitrogen or the like, and the cooling is started by a command from the control unit 19 or a command by a manual switch before the analysis, injection of liquid nitrogen, or the like. As a result, as shown in (b) of the figure, the region 30 to be vaporized can be kept in a very small region, and at the same time, the time resolution can be prevented from decreasing as described above. Damage to the surface of the sample 5 can be reduced. In this way, by always setting appropriate analysis conditions for foreign substances and defects on the surface of the semiconductor wafer as a sample, the analysis results with high accuracy can be obtained.
(Spectrum) can be obtained.

【0034】既に述べたように、本発明の分析方法で
は、試料表面上での被分析箇所を気化させている。その
ため、これまでに述べた方法で、レーザ光の照射条件を
適切に設定すると、パルスレーザ光の照射の度毎に分析
深さが異なる分析データを得ることができる。一例とし
て、試料表面上に設けられた被膜31の内部に存在する
異物32の分析を目的として、試料表面にパルスレーザ
光を複数回照射して、各回の分析データから質量スペク
トルを演算して求めた結果を、図7に示す。1回目の分
析では、同図の(a)に示すように、Siに相当するピー
ク33とSiOに相当するピーク34を含むスペクトル
が得られた。これは、同図の(a') に示すように、試料
の最表面層にある被膜31そのものの成分である。2回
目の分析においても、図7の(b)に示すように、図7の
(a)と同様のスペクトルであった。従って、この場合に
も、同図の(b') に示すように、試料の気化は異物32
までは達していないことが判る。次いで、3回目の分析
では、図7の(c)のように、Siに相当する僅かなピー
ク33と、SiOに相当する僅かなピーク34も検出さ
れたが、それとは別に、Wに相当する高いピーク35が
検出された。従って、この場合には、同図の(c') のよ
うに、試料の気化が異物32まで達して、被膜31中に
埋まっていた異物32の成分であるWが検出されたもの
と判断される。この場合、各回の分析で得られたスペク
トルの間での差をとって、スペクトルの変化点を顕在化
することにより、被膜31の成分と異物32の成分とを
弁別することができる。これらの方法によって、試料表
面上の同一場所について複数回の分析を行った際の各回
の分析結果から、目的とする異物32についての情報の
みを精度よく弁別して取得することができる。
As described above, in the analysis method of the present invention, a portion to be analyzed on the sample surface is vaporized. Therefore, by appropriately setting the laser beam irradiation conditions by the method described above, it is possible to obtain analysis data having different analysis depths every time pulse laser beam irradiation is performed. As an example, for the purpose of analyzing foreign matter 32 present inside the coating 31 provided on the sample surface, the sample surface is irradiated with pulsed laser light a plurality of times, and a mass spectrum is calculated from the analysis data of each time. FIG. 7 shows the results. In the first analysis, a spectrum including a peak 33 corresponding to Si and a peak 34 corresponding to SiO was obtained as shown in FIG. This is a component of the coating 31 itself in the outermost surface layer of the sample, as shown in FIG. In the second analysis, as shown in FIG.
The spectrum was similar to that of (a). Therefore, also in this case, as shown in FIG.
It turns out that it has not reached. Next, in the third analysis, as shown in FIG. 7C, a slight peak 33 corresponding to Si and a slight peak 34 corresponding to SiO were also detected, but separately correspond to W. A high peak 35 was detected. Therefore, in this case, it is determined that the vaporization of the sample reaches the foreign matter 32 and W, which is a component of the foreign matter 32 buried in the coating 31, is detected as shown in FIG. You. In this case, the difference between the spectra obtained in each analysis is taken to reveal the change point of the spectrum, so that the components of the coating 31 and the components of the foreign matter 32 can be discriminated. According to these methods, it is possible to accurately discriminate and acquire only the information on the target foreign substance 32 from the analysis results obtained when the same location on the sample surface is analyzed a plurality of times.

【0035】また、リファレンス(試料標準)として、被
分析箇所と同様の構造の箇所を予め設定しておき、この
リファレンス箇所について、予め異なる照射エネルギー
での複数回のレーザ光照射を行ない、各回毎の分析深さ
を観察により求めておくことにより、その結果から、異
物・欠陥等の存在する箇所についての各回の分析結果に
ついての分析深さを知ることができる。また、リファレ
ンス箇所のスペクトルと異物箇所のスペクトルとの差を
取り、ピーク位置を比較することにより、異物箇所周辺
のパターンや被膜の成分の影響を把握して、異物のみの
成分を精度良く弁別して取得することが可能となる。特
に、分析対象とする異物や欠陥が、試料の最表面層にあ
るのではなく内層部に埋まっている場合には、この異物
や欠陥の成分だけではなくそれよりも上層部の成分も検
出されるが、上記方法によれば、この上層部の成分の影
響を容易に排除できる上、各回の分析深さを定量的に把
握できる。その結果、分析すべき異物や欠陥の深さ方向
位置と成分を定量的に特定できる。
As a reference (sample standard), a portion having the same structure as the portion to be analyzed is set in advance, and a plurality of laser beam irradiations with different irradiation energies are performed on this reference portion in advance, and each time, By observing the analysis depth of the above, the analysis depth of the analysis results of each analysis of the location where a foreign substance, a defect or the like exists can be known from the result. Also, by taking the difference between the spectrum at the reference location and the spectrum at the foreign material location and comparing the peak positions, the effects of the pattern and coating components around the foreign material location can be grasped, and the components of the foreign material alone can be accurately discriminated. It becomes possible to acquire. In particular, when a foreign substance or defect to be analyzed is buried in the inner layer rather than in the outermost surface layer of the sample, not only the component of the foreign substance or defect but also the component of the upper layer is detected. However, according to the above method, the influence of the components in the upper layer can be easily eliminated, and the analysis depth of each analysis can be quantitatively grasped. As a result, it is possible to quantitatively specify the position and component of the foreign substance or defect to be analyzed in the depth direction.

【0036】以上、本発明による分析方法および分析装
置について代表的な実施例を挙げて説明してきたが、こ
れから明らかなように、本発明によれば、未知の異物や
欠陥に対して分析条件を設定する方法、被分析箇所の分
析空間領域をより微小にするために試料表面での熱拡散
を防ぐ方法、さらに分析結果を観察して次の分析条件を
設定する方法、分析結果を演算して、分析箇所のデータ
のみを弁別する方法等により、微細な異物や欠陥を精度
良く分析する方法、およびこれらの方法を実施するため
の分析装置の代表的な構成が提供される。なお、本発明
は、冒頭の適用範囲にも掲げているように、半導体装置
以外のマスクやレティクル,液晶ディスプレイ,メモリ
ディスク,回路基板等の微細構造物における微小領域の
分析にも同様に適用され得るものである。また、本発明
の範囲を逸脱しない範囲で、請求項に掲げた複数の特徴
を組み合わせた分析方法および分析装置についても同様
である。
As described above, the analysis method and the analysis apparatus according to the present invention have been described with reference to the typical embodiments. As is clear from the above, according to the present invention, the analysis conditions for unknown foreign substances and defects are determined. How to set, how to prevent heat diffusion on the sample surface to make the analysis space area of the analyzed area smaller, how to observe the analysis result and set the next analysis condition, and calculate the analysis result In addition, a method for accurately analyzing minute foreign matter and defects by a method of discriminating only data at an analysis point, and a typical configuration of an analyzer for performing these methods are provided. The present invention is also applied to the analysis of minute regions in fine structures such as masks and reticles other than semiconductor devices, liquid crystal displays, memory disks, circuit boards, and the like, as described in the initial application range. What you get. Further, the same applies to an analysis method and an analysis device that combine a plurality of features recited in the claims without departing from the scope of the present invention.

【0037】本発明によって得られる代表的な効果を、
以下に、簡単にまとめて説明する。 試料(微細な回路パターン等)の表面における被分析箇
所(微小な異物や欠陥等)にレーザ光を照射して、該被分
析箇所を気化・イオン化させ、発生したイオンを検出し
てその飛行時間を測定し、この飛行時間から検出された
イオンの質量数を割り出して、上記被分析箇所を構成す
る物質を同定する分析方法および分析装置において、上
記被分析箇所に照射するレーザ光の強度(エネルギー)を
複数段階に設定し、弱い照射エネルギーの順から上記被
分析箇所に照射することによって、上記被分析箇所を構
成する物質が未知の物質である場合であっても、上記被
分析箇所を損なったり消失したりしてしまうことなく、
常に適切な分析条件でもって分析ができるようになる。
また、上記した複数段階のレーザ光照射条件を予め条
件テーブル上に登録しておくことにより、より効率良く
分析条件の設定ができる。また、上記被分析箇所を構
成する物質が既知の物質である場合には、それぞれの照
射エネルギーでのレーザ光照射による被分析箇所の気化
量を予め求めておくことにより、レーザ光の照射エネル
ギーから分析深さを知ることができる。また、分析直
後に被分析箇所を観察し、この観察結果に基づいて次の
分析条件を設定するようにすることにより、より精度の
高い分析を実行することができるようになる。また、
試料を冷却することにより、レーザ光照射に際しての試
料表面での熱拡散を抑制し、レーザ光照射領域のみを気
化できるようになるので、より微小な領域の分析が可能
となる。さらに、各分析結果について、得られたスペ
クトルを重ね合せ、あるいは差をとることにより、被分
析箇所の成分とその周囲の成分とを精度よく弁別して測
定することができるようになる。
The typical effects obtained by the present invention are as follows:
The following is a brief description. A laser beam is applied to a portion to be analyzed (a minute foreign substance or a defect, etc.) on the surface of a sample (a fine circuit pattern or the like), and the portion to be analyzed is vaporized / ionized. Is measured, the mass number of the ions detected from the time of flight is determined, and in the analysis method and the analysis device for identifying the substance constituting the analyzed part, the intensity (energy) of the laser beam applied to the analyzed part is determined. ) Is set in a plurality of stages, and by irradiating the analyzed part in the order of weak irradiation energy, even if the substance constituting the analyzed part is an unknown substance, the analyzed part is damaged. Without disappearing or disappearing
Analysis can always be performed under appropriate analysis conditions.
In addition, by registering the above-described laser light irradiation conditions in a plurality of stages on the condition table in advance, analysis conditions can be set more efficiently. In addition, when the substance constituting the analyzed part is a known substance, the amount of vaporization of the analyzed part by laser light irradiation at each irradiation energy is obtained in advance, so that the irradiation energy of the laser light can be calculated. You can know the analysis depth. In addition, by observing the part to be analyzed immediately after the analysis and setting the next analysis condition based on the observation result, it becomes possible to execute the analysis with higher accuracy. Also,
By cooling the sample, thermal diffusion on the sample surface during laser light irradiation is suppressed, and only the laser light irradiation region can be vaporized, so that a more minute region can be analyzed. Furthermore, for each analysis result, by superimposing the obtained spectra or by taking the difference, it is possible to accurately discriminate and measure the component at the analyzed part and the surrounding components.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上詳述したところから明らかなよう
に、本発明によれば、被分析箇所の構成物質が未知な場
合であっても、適切な分析条件を設定することができ、
従来よりも多種多様の試料について、精度の高い分析が
できるようになる。同時に、より微小な領域の分析が可
能となり、また、分析箇所とその周囲の物質との弁別精
度が向上するため、高感度且つ高精度な試料分析が可能
となる。
As is clear from the above, according to the present invention, it is possible to set an appropriate analysis condition even when the constituent material at the analyzed part is unknown.
It is possible to perform highly accurate analysis on a wider variety of samples than before. At the same time, it is possible to analyze a finer area, and the accuracy of discriminating the analysis site from the surrounding substances is improved, so that highly sensitive and accurate sample analysis can be performed.

【0039】従って、本発明の分析方法および分析装置
方法を、半導体装置を始めとして、マスクやレティク
ル,液晶ディスプレイ,メモリディスク,回路基板等の
微細な構造物を製造するプロセスに適用することによ
り、製造過程で不慮の不良や未知のトラブルが発生した
際に、即時にそれについて高精度分析ができ、発生原因
を特定することが可能となる。そのため、早期かつ的確
な対策を施すことができ、大量の不良発生を未然に防ぐ
ことができる。その結果、上記した微細構造物製造過程
における不良やトラブル等の問題点を減少させることが
でき、製造歩留りが向上する。その結果、新製品開発に
際しての開発効率を向上させ、かつ、実際に製品製造す
るに際しての製造コストを削減できる。同時に、上記の
効果により、半導体装置を始めとする各種微細構造物の
パターン不良を低減できるので、得られる製品の信頼性
が向上する。
Therefore, the analysis method and the analysis apparatus method of the present invention are applied to a process for manufacturing a fine structure such as a semiconductor device, a mask, a reticle, a liquid crystal display, a memory disk, and a circuit board. When an unexpected defect or an unknown trouble occurs in the manufacturing process, a high-precision analysis can be immediately performed on the trouble and the cause of the trouble can be specified. Therefore, early and accurate measures can be taken, and a large number of defects can be prevented from occurring. As a result, problems such as defects and troubles in the process of manufacturing a microstructure can be reduced, and the manufacturing yield is improved. As a result, it is possible to improve the development efficiency when developing a new product and reduce the manufacturing cost when actually manufacturing the product. At the same time, pattern defects of various microstructures such as semiconductor devices can be reduced by the above effects, so that the reliability of the obtained product is improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の分析方法による分析対象の一例として
の、半導体装置の回路パターン形成に際して発生する異
物や欠陥等を模式的に示す図,
FIG. 1 is a diagram schematically showing foreign matters, defects, and the like generated when forming a circuit pattern of a semiconductor device as an example of an analysis target by the analysis method of the present invention;

【図2】本発明の分析方法の適用対象の一例である、半
導体装置製造プロセスにおけるプロセス・フローを示す
図,
FIG. 2 is a diagram showing a process flow in a semiconductor device manufacturing process, which is an example of a target to which the analysis method of the present invention is applied;

【図3】本発明による分析装置(レーザ励起飛行時間計
測式質量分析装置)の一構成例を示す図,
FIG. 3 is a diagram showing one configuration example of an analyzer (laser-excited time-of-flight measuring mass spectrometer) according to the present invention;

【図4】本発明による分析方法(レーザ励起飛行時間計
測式質量分析法)の分析手順の一例を示す図,
FIG. 4 is a diagram showing an example of an analysis procedure of an analysis method (laser excitation time-of-flight measurement mass spectrometry) according to the present invention;

【図5】本発明の分析方法における分析条件の設定方法
の一例を示す図,
FIG. 5 is a diagram showing an example of a method for setting analysis conditions in the analysis method of the present invention;

【図6】本発明の分析方法における試料の冷却効果につ
いて説明する図,
FIG. 6 is a diagram for explaining a cooling effect of a sample in the analysis method of the present invention,

【図7】本発明の分析方法における分析結果の演算例を
示す図。
FIG. 7 is a diagram showing a calculation example of an analysis result in the analysis method of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ・・・・ 半導体製造過程で発生した異物, 2 ・・・・ 半導体製造過程で発生した突起状欠陥, 3 ・・・・ 半導体製造過程で発生したパターン残りや残
渣, 4 ・・・・ 半導体製造過程で発生したパターン形状不良, 5 ・・・・ 被分析試料, 6 ・・・・ 試料台, 7 ・・・・ 試料室, 8 ・・・・ イオン引出電極, 9 ・・・・ 対物レンズ, 10 ・・・・ ミラー, 11 ・・・・ イオン偏向器, 12 ・・・・ イオンリフレクタ, 13 ・・・・ イオンフライト空間, 14 ・・・・ イオン検出器, 15 ・・・・ オシロスコープ, 16 ・・・・ データ処理部, 17 ・・・・ 記憶部, 18 ・・・・ 表示部, 19 ・・・・ 制御部, 20 ・・・・ レーザ光源, 21 ・・・・ 絞り, 22 ・・・・ レンズ, 23 ・・・・ 透過率調整フィルタ, 24 ・・・・ 光路切替ミラー, 25 ・・・・ 光入射用窓, 26 ・・・・ 観察用照明光源, 27 ・・・・ TVカメラ, 28 ・・・・ 試料冷却部, 29 ・・・・ ローディング部, 30 ・・・・ レーザ光照射により気化される領域, 31 ・・・・ 試料最表面の被膜, 32 ・・・・ 異物, 33 ・・・・ Siのピーク, 34 ・・・・ SiOのピーク, 35 ・・・・ Wのピーク。
1 ···· Foreign matter generated in semiconductor manufacturing process 2 ···· Projection defects generated in semiconductor manufacturing process 3 ··· Pattern residue and residue generated in semiconductor manufacturing process 4 Semiconductor Defective pattern shape generated in the manufacturing process, 5 ... Sample to be analyzed, 6 ... Sample stage, 7 ... Sample chamber, 8 ... Ion extraction electrode, 9 ... Objective lens , 10 ··· mirror, 11 ··· ion deflector, 12 ··· ion reflector, 13 ··· ion flight space, 14 ··· ion detector, 15 ··· oscilloscope, 16 Data processing unit 17 Storage unit 18 Display unit 19 Control unit 20 Laser light source 21 Aperture 22 ... Lens, 23 ... Excess ratio adjustment filter, 24… Optical path switching mirror, 25… Light entrance window, 26… Observation illumination light source, 27… TV camera, 28… Sample cooling unit 29, loading part, 30 area vaporized by laser beam irradiation, 31 coating film on the outermost surface of sample, foreign matter, 33 peak of Si, 34 ... SiO peak, 35 ... W peak.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 江口 欣也 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 山口 裕功 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 水野 文夫 茨城県ひたちなか市市毛882番地 株式会 社日立製作所計測器事業部内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Kinya Eguchi, 292 Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside Manufacturing Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Hiroyuki Yamaguchi 292 Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama, Kanagawa Hitachi, Ltd. Production Technology Laboratory (72) Inventor Fumio Mizuno 882 Ma, Hitachinaka-shi, Ibaraki Pref. Hitachi, Ltd.Measurement Division

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】試料表面の被分析箇所に微小径に絞ったレ
ーザ光を照射して上記被分析箇所を構成する物質を気化
させて、この気化によって生成される原子,分子,ある
いはイオンを検出して、上記被分析箇所を構成する物質
の分析を行なう試料分析方法において、上記被分析箇所
に照射する上記レーザ光の照射強度を変化させることに
よって、上記被分析箇所の上記試料表面からの分析深さ
および被分析量を制御することを特徴とする試料分析方
法。
An object to be analyzed on a sample surface is irradiated with a laser beam focused to a small diameter to vaporize a substance constituting the object to be analyzed, and atoms, molecules or ions generated by the vaporization are detected. Then, in the sample analysis method for analyzing the substance constituting the analyzed part, the intensity of the laser light applied to the analyzed part is changed to analyze the analyzed part from the sample surface. A sample analysis method comprising controlling a depth and an amount to be analyzed.
【請求項2】上記被分析箇所に照射する上記レーザ光の
照射強度の変化は、互いに成分組成の異なる複数の物質
について、それぞれを気化させるのに適切な複数のレー
ザ光照射強度を予め設定しておき、この予め設定した複
数のレーザ光照射強度のうちからいずれかを選択するこ
とにより行なわれることを特徴とする請求項1に記載の
試料分析方法。
2. The method according to claim 1, wherein the irradiation intensity of the laser light applied to the portion to be analyzed is changed by presetting a plurality of laser light irradiation intensities suitable for vaporizing each of a plurality of substances having different component compositions. 2. The sample analysis method according to claim 1, wherein the method is performed by selecting any one of the preset plurality of laser beam irradiation intensities.
【請求項3】上記被分析箇所に照射する上記レーザ光の
照射強度の変化は、上記レーザ光の照射強度が弱い方か
ら順次強い方に向かって行なわれることを特徴とする請
求項1に記載の試料分析方法。
3. The method according to claim 1, wherein the change in the irradiation intensity of the laser light irradiating the portion to be analyzed is performed in order from the lower irradiation intensity of the laser light to the higher irradiation intensity. Sample analysis method.
【請求項4】上記レーザ光照射強度の選択は、上記の予
め設定した複数のレーザ光照射強度のうち、強度の弱い
方から強度の強い方に向かって順次行なわれることを特
徴とする請求項2に記載の試料分析方法。
4. The method according to claim 1, wherein the selection of the laser beam irradiation intensity is sequentially performed from a predetermined one of the plurality of predetermined laser beam irradiation intensities in a direction from a lower intensity to a higher intensity. 3. The sample analysis method according to 2.
【請求項5】試料表面の被分析箇所に微小径に絞ったレ
ーザ光を照射して上記被分析箇所を構成する物質を気化
させて、この気化によって生成された原子,分子,ある
いはイオンを検出して、上記被分析箇所を構成する物質
の分析を行なう試料分析方法において、上記被分析箇所
への上記レーザ光の照射は、上記試料を冷却しながら行
なわれることを特徴とする試料分析方法。
5. An object to be analyzed on a sample surface is irradiated with a laser beam focused to a small diameter to vaporize a substance constituting the object to be analyzed, and atoms, molecules or ions generated by the vaporization are detected. Then, in the sample analysis method for analyzing a substance constituting the analyzed part, the irradiation of the laser light to the analyzed part is performed while cooling the sample.
【請求項6】上記被分析箇所への上記レーザ光の照射
は、上記試料を冷却しながら行なわれることを特徴とす
る請求項1から4までのいずれかに記載の試料分析方
法。
6. The sample analysis method according to claim 1, wherein the irradiation of the laser beam to the analyzed portion is performed while cooling the sample.
【請求項7】試料表面の被分析箇所に微小径に絞ったレ
ーザ光を照射して上記被分析箇所を構成する物質を気化
させて、この気化によって生成される原子,分子,ある
いはイオンを検出して、上記被分析箇所を構成する物質
の分析を行なう試料分析方法において、上記被分析箇所
に照射する上記レーザ光をパルスレーザ光とし、このパ
ルスレーザ光を複数回にわたって上記被分析箇所に照射
して、これら複数回のパルスレーザ光照射の各回毎に上
記被分析箇所から生成される上記原子,分子,あるいは
イオンを各回毎に分離検出して、各回毎に、上記被分析
箇所を構成する物質の分析を行なうことを特徴とする試
料分析方法。
7. An object to be analyzed on a sample surface is irradiated with a laser beam focused to a small diameter to vaporize a substance constituting the object to be analyzed, and an atom, molecule or ion generated by the vaporization is detected. Then, in the sample analysis method for analyzing a substance constituting the analyzed part, the laser light applied to the analyzed part is pulsed laser light, and the pulsed laser light is applied to the analyzed part a plurality of times. Then, the atoms, molecules, or ions generated from the analyzed portion are separated and detected at each time of each of the plurality of pulsed laser beam irradiations, and the analyzed portion is configured at each time. A sample analysis method characterized by analyzing a substance.
【請求項8】上記複数回のパルスレーザ光照射の各回毎
に得られる分析結果を比較して、上記被分析箇所を構成
する物質の試料表面からの深さ方向における変化を検知
する段階をさらに含んでなることを特徴とする請求項7
に記載の試料分析方法。
8. The method according to claim 8, further comprising the step of comparing the analysis results obtained in each of the plurality of pulse laser beam irradiations to detect a change in a depth direction from the sample surface of the substance constituting the part to be analyzed. 8. The method of claim 7, wherein
The sample analysis method according to 1.
【請求項9】上記被分析箇所に照射する上記レーザ光を
パルスレーザ光とし、このパルスレーザ光を複数回にわ
たって上記被分析箇所に照射し、これら複数回のパルス
レーザ光照射の各回毎に上記被分析箇所から生成される
上記原子,分子,あるいはイオンを各回毎に分離検出し
て、各回毎に上記被分析箇所を構成する物質の分析を行
なうことを特徴とする請求項1から6までのいずれかに
記載の試料分析方法。
9. The method according to claim 8, wherein the laser light applied to the analyzed portion is pulsed laser light, and the pulsed laser light is applied to the analyzed portion a plurality of times. 7. The method according to claim 1, wherein the atoms, molecules, or ions generated from the site to be analyzed are separated and detected each time, and a substance constituting the site to be analyzed is analyzed each time. The sample analysis method according to any one of the above.
【請求項10】上記複数回のパルスレーザ光照射の各回
毎に得られる分析結果を比較して、上記被分析箇所を構
成する物質の試料表面からの深さ方向における変化を検
知する段階をさらに含んでなることを特徴とする請求項
9に記載の試料分析方法。
10. The method according to claim 1, further comprising the step of comparing the analysis results obtained each time of said plurality of pulsed laser beam irradiations to detect a change in a depth direction from a sample surface of a substance constituting said analyzed portion. The sample analysis method according to claim 9, comprising:
【請求項11】試料表面の被分析箇所に微小径に絞った
レーザ光を照射するレーザ光手段と、該レーザ光照射に
よって上記被分析箇所から気化生成されたイオンを検出
するイオン検出手段と、上記レーザ光の照射時点から上
記イオンの検出時点までの上記イオンの飛行時間を測定
する飛行時間測定手段とを有し、この測定された上記イ
オンの飛行時間から上記被分析箇所を構成する物質の質
量分析を行なう質量分析手段とを含んでなる試料分析装
置であって、上記のレーザ光手段は、上記被分析箇所に
照射する上記レーザ光の照射強度を分析目的に応じて変
化させるための照射レーザ光強度調節手段をさらに含ん
でなることを特徴とする試料分析装置。
11. A laser beam means for irradiating a laser beam with a small diameter to a portion to be analyzed on a sample surface, an ion detecting device for detecting ions vaporized and generated from the portion to be analyzed by the laser beam irradiation, Time-of-flight measuring means for measuring the time of flight of the ions from the time of the irradiation of the laser light to the time of detection of the ions, and from the measured time of flight of the ions, Mass spectrometry means for performing mass spectrometry, wherein the laser light means is configured to irradiate the laser light for irradiating the analyzed portion with an irradiation intensity for changing the irradiation intensity according to an analysis purpose. A sample analyzer, further comprising a laser beam intensity adjusting means.
【請求項12】上記の照射レーザ光強度変更手段は、上
記照射レーザ光の光路途中に設けられた開口径可変の絞
り開口および同じく上記照射レーザ光の光路途中に設け
られた透過率可変の透過率調整フィルタのうちのいずれ
か一方、あるいは両方を含んでなることを特徴とする請
求項11に記載の試料分析装置。
12. The irradiation laser light intensity changing means includes a variable aperture stop provided in the optical path of the irradiation laser light and a variable transmittance transmission light provided in the optical path of the irradiation laser light. The sample analyzer according to claim 11, comprising one or both of the rate adjustment filters.
【請求項13】試料表面の被分析箇所に微小径に絞った
レーザ光を照射するレーザ光手段と、該レーザ光照射に
よって上記被分析箇所から気化生成されたイオンを検出
するイオン検出手段と、上記レーザ光の照射時点から上
記イオンの検出時点までの上記イオンの飛行時間を測定
する飛行時間測定手段とを有し、この測定された上記イ
オンの飛行時間から上記被分析箇所を構成する物質の質
量分析を行なう質量分析手段とを含んでなる試料分析装
置であって、上記被分析箇所を低温に冷却した状態で上
記被分析箇所に上記レーザ光を照射することを可能にす
るための試料冷却手段をさらに含んでなることを特徴と
する試料分析装置。
13. A laser beam means for irradiating a laser beam focused to a minute diameter on a portion to be analyzed on a sample surface, an ion detecting device for detecting ions vaporized and generated from said portion to be analyzed by said laser beam irradiation, Time-of-flight measuring means for measuring the time of flight of the ions from the time of the irradiation of the laser light to the time of detection of the ions, and from the measured time of flight of the ions, Mass spectrometry means for performing mass spectrometry, comprising: a sample cooling device for irradiating the laser beam to the analyzed portion with the analyzed portion cooled to a low temperature. A sample analyzer, further comprising means.
【請求項14】上記のレーザ光照射手段は、上記被分析
箇所にパルス状のレーザ光を複数回にわたって照射する
ものであり、かつ、上記の質量分析手段は上記複数回の
パルスレーザ光照射の各回毎に上記被分析箇所を構成す
る物質の質量分析を行なうものであることを特徴とする
請求項11から13までのいずれかに記載の試料分析装
置。
14. The laser beam irradiating means irradiates the portion to be analyzed with a pulsed laser beam a plurality of times, and the mass analyzing means irradiates the pulsed laser beam a plurality of times. The sample analyzer according to any one of claims 11 to 13, wherein mass spectrometry of a substance constituting the analyzed portion is performed each time.
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